大規模煙氣二氧化碳捕集技術

張新軍

大規模煙氣二氧化碳捕集技術

張新軍1；2

1青島科技大學；2中國石化石油工程設計有限公司

目前在煙氣處理、天然氣開采及下游加工領域內應用比較普遍的二氧化碳（CO2）脫除技術大致有變壓吸附技術、低溫甲醇吸收技術、膜分離技術、醇胺溶液化學吸收技術幾種。根據燃煤電廠煙氣特點，研究CO2捕集回收流程工藝及單元設備內部工況，開展吸收液與設備的匹配性研究，優化CO2捕集流程工藝。在純梁高89—4井進行試注，累計注入CO22.04×104t，注入壓力6 MPa，日注63.6 t；米視吸氣指數1.55 t/（d·MPa）。2009年7月開始，高89—S1井組4口井開始注氣，截至目前累計注入3.55×104t。

CO2；煙氣；捕集工藝；提高采收率

1 技術背景

目前用于三次采油的二氧化碳（CO2）主要來源于二氧化碳氣田，一方面其價格較高，另一方面產量有限，無法滿足大規模驅油的需要，氣源的不穩定將制約CO2驅油技術的推廣，同時開發二氧化碳氣田也與全球正在實施的CO2減排相矛盾。尋找新的廉價的CO2氣源是解決這一矛盾的重要手段，從電廠煙氣中捕集、純化及回收CO2將是解決這一矛盾的重要途徑。

2 燃煤電廠煙氣CO2捕集工藝

2.1 燃煤電廠煙氣特點

電廠煙氣具有氣體流量大、CO2的分壓較低、出口溫度較高、含有大量惰性氣體等特點，其CO2的捕集工藝與合成氨、制氫、天然氣凈化等工業過程的CO2脫除工序有顯著的差別。

2.2 大規模煙氣CO2捕集技術

目前在煙氣處理、天然氣開采及下游加工領域內應用比較普遍的CO2脫除技術大致有變壓吸附技術、低溫甲醇吸收技術、膜分離技術、醇胺溶液化學吸收技術幾種。

（1）變壓吸附技術（PSA）。變壓吸附技術是利用吸附劑的平衡吸附量隨組分分壓升高而增加的特性，進行加壓吸附、減壓脫附的操作方法。PSA技術有以下幾個特點：①工藝簡單，裝置操作彈性大；②能適合原料的氣量和組成有較大波動的工況；③操作成本較高，并且再生后的CO2純度約為95%。

（2）低溫甲醇吸收技術（Rectiso）。該技術是20世紀50年代由德國林德（Linde）公司和魯奇（Lurgi）公司聯合開發的。其中大慶甲醇廠合成氣脫碳即采用此項技術，但同樣存在著操作成本高的問題。

（3）膜分離工藝（Membrane）。膜分離是利用薄膜材料對各種氣體的滲透率不同來實現分離的方法，膜分離工藝裝置簡單，操作方便，能耗低。國外許多大石油公司如UOP、ABB（MTR）等均有很成熟的技術。

（4）醇胺溶液化學吸收工藝（MDEA）。目前在世界范圍內，醇胺化學溶劑吸收法是煙道氣酸性氣處理使用最多的方法。國內很多類似裝置均采用以MDEA（甲基二乙醇胺）溶劑為吸收液的脫除技術。

2.3 胺法捕集CO2工藝流程

根據燃煤電廠煙氣特點，研究CO2捕集回收流程工藝及單元設備內部工況，開展吸收液與設備的匹配性研究，優化CO2捕集流程工藝。

（1）化學吸收劑與熱負荷。化學吸收法中，吸收劑非常重要，可通過模擬來分析不同的吸收劑對再沸器熱負荷的影響。模擬選擇吸收劑溶液溫度為40℃，回流比為3，再沸器壓力150 kPa，吸收液流量為80～125 m3/h。隨著流量的增大，熱負荷也呈直線增大。在6種吸收劑中，濃度為18%的MEA溶液的熱負荷是相對比較低的，特別是在被處理氣體壓力低、要求盡可能高的脫除率的情況下，使用該溶液是較為適合的。

（2）吸收溫度與脫除率。吸收液溫度對CO2吸收率的影響不大，增大吸收液溫度有利于減少冷卻貧液消耗的冷卻水用量。但考慮到煙氣中含有少量氧氣，過高的吸收液溫度易使MEA發生氧化反應，會降低吸收液循環次數，因此應該控制吸收液溫度。隨著吸收溫度的增大，CO2脫除率也增大；當吸收溫度在40℃附近時，兩種濃度溶液的脫除率達到最大，且基本上達到一穩定值。

（3）吸收劑流量對CO2捕集效果的影響。隨著吸收劑流量的增大，CO2吸收率也增大；較高的曲線斜率處可以保證吸收劑利用率。隨著吸收劑流量的增大，溶液富液中CO2含量也隨著減少；流量為120 m3/h時，基本達到平衡值。

3 CO2驅EOR技術

3.1CO2驅油機理及研究現狀

CO2驅油技術能提高采收率的主要作用機制為促使原油膨脹、降低黏度、降低油水界面張力、改善儲層滲透率、萃取和汽化原油中輕質烴和形成內部溶解氣驅等。

CO2驅油按原理主要分為CO2混相驅和CO2非混相驅，兩者之間的差別在于地層壓力是否達到最小混相壓力。當注入到地層壓力高于最小混相壓力時，可實現混相驅油；當壓力達不到最小混相壓力時，可實現非混相驅油。

3.2 純梁低滲透區塊注CO2先導試驗

勝利油田將煙道氣中的CO2捕集起來，以滿足目前小規模CO2驅油項目的需求。

在純梁高89—4井進行試注，累計注入CO22.04×104t，注入壓力6 MPa，日注63.6 t；米視吸氣指數1.55 t/（d·MPa）。2009年7月開始，高89—S1井組4口井開始注氣，截至目前累計注入3.55×104t。

從先導試驗的初步結果可以看出，盡管外圍生產井產量呈遞減趨勢，但CO2驅井組生產井產量穩中有升，累計增油6 530 t，表明CO2驅提高低滲透油區采收率效果顯著，具有廣闊的推廣應用前景。

（欄目主持 楊 軍）

10.3969/j.issn.1006-6896.2014.3.026